Программы для расчетов сопряжения и диапазонной термокомпенсации частоты контура

[UA3BAC]

В процессе наладки преобразовательного каскада супергетеродинного приемника радиолюбителю приходится решать задачу сопряжения настроек контуров супергетеродина и преселектора, кроме того, подбирать конденсаторы растяжки с нужными ТКЕ, при которых обеспечивается наименьший температурный дрейф частоты на всем диапазоне частот. Мне, в процессе переделки гетеродина радиоприемника ТПС-58 и некоторой перестройки его диапазонов приходилось решать такие задачи общепринятыми способами, с номограммами, например, или по методичке: http://studfile.net/preview/6330700/. Конечно, все решаемо, но довольно муторно и долго. Углубившись в математическую суть предмета, я в конце концов составил ряд программ на языке Excel VBA и хочу предложить две из них на рассмотрение и обсуждение здесь на форуме. Программы в свободном доступе. Они своими алгоритмами довольно сильно отличаются от способов решения данных задач, описанных в разных учебниках и руководствах.
Вот расчет сопряжения контуров преселектора и гетеродина. Программа подгоняет параметры гетеродинного контура к заданному диапазону частот по методу наименьших квадратов. Сама находит оптимальные частоты (их три) точного сопряжения. Описан аппарат вычислений, интерфейс программы для ПК, есть пример использования:
http://tsibanoff.narod.ru/radio/osci...ng_fullfit.pdf.
А вот здесь расчёт параметров диапазонной термокомпенсации собственной частоты колебательного контура генератора (гетеродина). По-своему (путем оптимизации кривой температурного дрейфа частоты) вычисляет температурные коэффициенты ёмкости конденсаторов контура, строит графики дрейфа частоты: http://tsibanoff.narod.ru/radio/stabsimplex.pdf
Ссылки на скачивание программ даны в списках литературы, в конце руководств.
Может быть, мои разработки ПО окажутся для кого-нибудь полезными. И, конечно, выслушаю замечания и содержательную критику.

[UA3BAC]

Пример расчёта сопряжения на радиолюбительский диапазон 80 м

Покажу на примере порядок пользования программой Oscillator_padding-fullfit и какие получаются результаты вычислений для диапазона частот 3,500÷3,800 МГц.
Как известно из руководств (например, http://studfile.net/preview/6330700/page:17/), в зависимости от значения коэффициента диапазона Kd = Fmax/Fmin, выбирается тот или иной вариант расчета сопряжения: при Kd < 1.1 достаточно одной точки точного сопряжения; при 1.1 < Kd < 1.7 необходимы две точки, при Kd > 1.7 – три точки точного сопряжения. Это и понятно – чем уже диапазон, тем лучшего сопряжения можно добиться, и тем легче вычисления. Но моя программа всегда вычисляет сопряжение по трём точкам диапазона. И соображение здесь только одно – нечего скупиться на точность расчётов, считаем-то не мы, а машина, и времени требуется лишь секунды.
У нас в данном случае Kd = 3,8/3,5 = 1,086; но всё равно будем иметь три частоты точного сопряжения. И программа определит эти частоты сама по минимуму рассторойки по всему диапазону.
Итак, открываем программу, как описано в руководстве, не забывая включить средний режим безопасности приложения MS Office Excel и не отключать макросы – вирусов программе нет!
Заполняем ячейки таблицы на вкладке «Данные», не обращая внимание на то, что в таблице остаются результаты предыдущих расчетов.
Нам потребуется ввести:
1) нижнюю (Fmin = 3,5) и верхнюю (Fmax = 3,8) границы диапазона;
2) значение собственной ёмкости контура Cm, которая включает в себя ёмкость катушки, монтажа и входной цепи преселектора (в сумме обычно 20÷30 пФ), а также дополнительного конденсатора, совершенно необходимого, если требуется в дальнейшем рассчитывать полную диапазонную термокомпенсацию собственной частоты контура (о чем позже); выберем Cm = 100 пФ;
3) минимальную и максимальную ёмкость конденсатора переменной ёмкости (КПЕ), пусть в данном примере они составляют 15 и 495 пФ;
4) полную минимальную ёмкость контура С0min = 150 пФ; от выбора данной величины также многое зависит в расчётах термокомпенсации;
5) настройку гетеродина – верхнюю; ПЧ = 0,465 МГц;
6) в правой верхней табличке ввести значек * в клетку Е-4(5), т.е. индуктивность катушки преселекотора, Lentr, будет определяться заданной величиной С0min.
Запускаем макрос 1-го этапа вычислений нажатием <Ctrl+s>. Получаем значения: индуктивности катушки преселектора Lentr = 11,69 мкГн и емкостей конденсаторов растяжки контура преселектора, округленно: С1 = 88 пФ; С2 = 100 пФ.
Запускаем макрос 2-го, заключительного этапа вычислений нажатием <Ctrl+f> и получаем три частоты точного сопряжения: 3,53; 3,65; 3,77 МГц, а также индуктивности катушки гетеродина Losc = 9,40 мкГн и емкости конденсаторов растяжки С1osc = 81 пФ; С2osc = 104 пФ:

Статистические подробности на вкладке «МНК». Кривая расстройки показана на вкладке «График»:

Видно, что расстройки не превышают величины 5 Гц!
В другой раз продемонстрирую расчет термокомпенсации.

[UA3BAC]

Рассмотрим решение задачи термокомпенсации частоты при помощи компьютерной программы Stabsimplex на примере из предыдущего сообщения.
Для лучшего понимания предмета стоит прочесть хорошую обстоятельную статью: Аршинов С. Диапазонная термокомпенсация собственной частоты контуров. «Радио», №12, 1953, с. 32-35. Материал из неё использовался при испытаниях алгоритма программы.
В расчетах задействованы следующие величины, полученные программой Oscillator_padding-fullfit: диапазон частот гетеродина 3,965÷4,265 МГц (ПЧ = 0,465 МГц, настройка верхняя); индуктивность катушки 9,40 мкГн; емкость последовательного к-ра растяжки С1 = 81 пФ; емкость к-ра, параллельного КПЕ, С2 = 104 пФ; суммарная емкость, параллельная катушке, С3 = 100 пФ. В первом варианте примем: ТКИ катушки λ = 50•10^-6; ТКЕ конденсатора настройки θн = 30•10^-6. Это «хорошие» температурные показатели.
Открываем файл программы Stabsimplex и на вкладке «Константы» вводим исходные данные. При этом помним, что температурные коэффициенты надо умножить на 10^4. Таблица должна выглядеть так:

Запускаем макрос просмотра температурного дрейфа частоты при исходных (в данном случае нулевых) значениях ТКЕ конденсаторов С1÷С3 нажатием <Ctrl+t>. Откроется вкладка «График 1»:

Видно, что температурный дрейф частоты достигает величины более 100 Гц/град.
После запуска процедуры оптимизации нажатием <Ctrl+s> откроется вкладка «Simplex» c результатом поиска оптимальных значений ТКЕ конденсаторов С1÷С3:

Полученные «масштабированные» оценки параметров θ надо перевести в натуральные путем умножения на величину 10^-4. Вот результат (округленно до целых): θ1 = -10•10^-6; θ2 = +60•10^-6; θ3 = -80•10^-6. Это вполне достижимые величины. Отмечу полное совпадение результата с расчетами по формулам Аршинова для «полной» диапазонной термокомпенсации. На вкладке «График 2» показан достигнутый минимальный дрейф частоты, в данном случае он нулевой на всем диапазоне частот:

В другом варианте примем: ТКИ катушки λ = 100•10^-6; ТКЕ конденсатора настройки θн = 110•10^-6. Это «не очень хорошие» температурные показатели. Введем в ячейку B14 масштабированное значение, равное 1, а в ячейку B18, соответственно, величину 1,1. Действуя аналогично, получим результат оптимизации (в натуральных величинах, округленно): θ1 = +5•10^-6; θ2 = +190•10^-6; θ3 = -180•10^-6. Видно, что для С2 получен практически недостижимое значение ТКЕ (с большими ТКЕ чем +120•10^-6, говорят, «надежных» конденсаторов не бывает). Это вполне типичный случай, когда «полную» термокомпенсацию получить не удается (обычно из-за большого Kd или вследствие малых величин емкости конденсаторов растяжки диапазона). Выход только один: пожертвовать «полной» температурной компенсацией и ограничить параметр θ2 доступною величиною, как можно более близкой к оптимальной. В данном случае это масштабированное значение 1,2. Вводим его в ячейку B21, а в C21 помещаем звездочку *, означающую, что данный параметр ограничен. Запускаем оптимизацию (<Ctrl+s>) и получаем результат (округленно в натуральных величинах): θ1 = +30•10^-6; θ2 = +120•10^-6; θ3 = -160•10^-6. Это уже вполне приемлемые величины.
Вкладка «График 2» показывает, в точном соответствии с теорией, что достигается компенсация дрейфа в 2-х точках диапазона. Максимальный дрейф частоты около 1,4 Гц/град, т.е. «принесенная жертва» отнюдь не велика.

После осуществленных вычислений потребуется выполнить подбор конденсаторов, совокупные значения ТКЕ которых как можно более отвечает оптимальным. Для этого потребуется несложный расчет по формулам средневзвешенного значения. Это описано все в той же статье Аршинова.

[RA9UEK]

Валерий, а в программе Calc из Open или LibreOffice это можно запустить? Файл открывается, но по моему не срабатывает на этапе запуска макросов. Нет ли в Excel режима совместимости например, при сохранении? Там то же макросы работают на Basic, но язык по моему несколько отличается. Или может быть небольшая коррекция поможет...
ps Если есть желание и время, конечно.

[UA3BAC]

Валерий, а в программе Calc из Open или LibreOffice это можно запустить? Файл открывается, но по моему не срабатывает на этапе запуска макросов. Нет ли в Excel режима совместимости например, при сохранении?

В этих средах я не работал. Опишите поподробнее, что там происходит в Excel. Может быть не запускаются макросы из-за того, что не установлен средний режим безопасности?

[RU3YAA]

выслушаю замечания и содержательную критику.

В первом PDF встречено: "Если частоту выражать в мГц". Должно быть "в МГц"?